Wie das IIoT Produktdesign und -fertigung verändert

Zuerst von deutschen Wissenschaftlern 2011 eingeführt, das Konzept der Industrie 4.0 oder die vierte industrielle Revolution wurde als Strategie für die Regierung entwickelt.

Im Vordergrund stand eine flexible Massenproduktion, die eine agile Individualisierung von Produkten, die Koordination von Mensch, Maschine, Geräten und Sensoren, Informationstransparenz und Entscheidungsfähigkeit an dezentralen Fertigungspunkten beinhaltete.

Die Ermöglichung von Industrie 4.0 erforderte neue Fertigungsprozesse, Technologien, Schulungen und Systeme. Das industrielle Internet der Dinge (IloT) spielt eine zentrale Rolle bei der Verbindung der Teile und bei der Ermöglichung dezentraler Prozesse und Entscheidungsfindung.

Jetzt, 10 Jahre später, haben Unternehmen Fortschritte in der Fertigungsautomatisierung, Intelligenz und Innovation gemacht, die sich überall in den End-to-End-Workflows der Fertigung bemerkbar machen.

Werfen wir einen Blick darauf.

Engineering und Produktdesign für IIoT – und Digital Twin

Ein neues Produkt zu konzipieren, dann das Produkt zu bauen und zu testen, wie es funktioniert, sind zwei verschiedene Dinge.

Allzu oft geben technische Abteilungen ein Produktdesign frei, und dann überprüft ein separates Team von Ingenieuren das Design und fordert Produktänderungen an, basierend auf der tatsächlichen Funktionsweise des Produkts. Während dieses iterative Design die Produktqualität verbessern kann, kosten Überarbeitungen Zeit und Geld.

Mit virtuellen digitalen Zwillingen des IIoT können Produktdesigner jetzt virtuelle Was-wäre-wenn-Darstellungen ausführen, um zu sehen, wie Produkte in verschiedenen Szenarien funktionieren. Der digitale Zwilling, bei dem es sich um ein Computerprogramm handelt, injiziert reale Daten über ein physisches Objekt oder System und gibt dann Vorhersagen oder Simulationen darüber aus, wie dieses Objekt oder System funktionieren wird.

Digitale Zwillingssimulationen verbessern und überarbeiten Produkte. Da es sich bei digitalen Zwillingen um Produktsimulationen handelt, kann durch deren Verwendung Zeitverlust in der Fertigung vermieden werden, wenn Fehler entdeckt werden und deren Behebung teurer ist.

„Echtzeitdaten aus dem digitalen Zwilling lassen den Designer in Echtzeit „sehen“, wie [Produkt-]Features verwendet oder ignoriert werden und wie Missbrauchsmuster möglicherweise auf eine schlechte Dokumentation zurückzuführen sind“, sagte W. David Stephenson, Direktor von Stephenson Strategies, ein IoT-Beratungsunternehmen. „Häufig kann das Produkt durch Software-Updates digital aktualisiert werden, was Wartungsprobleme reduziert und die Kundenzufriedenheit und -loyalität erhöht.

Tesla macht dies zum Beispiel mit Over-the-Air-Software-Updates.“

Automatisierung, Echtzeit-Sichtbarkeit in der Fertigung

Eine zentrale Prämisse von Industrie 4.0 ist die dezentrale Fertigung.

Aus IT-Sicht bedeutet dies, dass mehr Rechenleistung remote an den Rändern des Unternehmens und außerhalb der zentralen Rechenzentren ausgeführt wird. Es sind IIoT-Technologien wie Sensoren, Robotik, Automatisierung und Videostreaming, die die Edge-Fertigung erleichtern.

In der Fertigung liegt der Fokus auf der Automatisierung von Herstellungsprozessen und auf der Transparenz dieses Prozesses für Effizienz und Kosteneinsparungen. Insbesondere in sich wiederholenden Fertigungsumgebungen, in denen ein einzelner Artikel wie eine Schachtel Frühstücksflocken oder eine Papierhandtuchrolle wiederholt hergestellt wird, hat die IIoT-Robotik Montagelinien automatisiert, indem sie die gleichen Vorgänge immer wieder getreu und ohne Abweichungen ausführen, die zu Fehlern führen können.

Diese Automatisierung beschleunigt Prozesse und kann die Herstellungskosten senken, aber die Einschränkung besteht darin, dass der Mensch bei Bedarf eingreifen können muss.

Hier kommt die Echtzeit-Sichtbarkeit ins Spiel.

Sensoren, die in Robotik und andere automatisierte Fertigungsanlagen integriert sind, geben Warnungen aus, wenn ein bestimmter Prozess oder ein bestimmtes Gerät die Möglichkeit eines Ausfalls signalisiert. Da die Benachrichtigungen ein Problem vorhersagen, bevor es auftritt, können vorbeugende Wartungen durchgeführt werden, die einen Ausfall verhindern.

Die durch Sensor- und Videostreams ermöglichte IIoT-Sichtbarkeit spielt eine entscheidende Rolle, da die durchschnittlichen Ausfallkosten für die Serienfertigung auf 6.000 $ pro Stunde geschätzt werden.

Produktionswerke sind auch mit Kameras ausgestattet, die Video von Punkten in jedem Werk streamen. Ein Fertigungsleiter kann, wenn er nicht am Boden ist, einen möglicherweise in Schwierigkeiten geratenen Fertigungsprozess von seinem Smartphone aus beobachten und sofort reagieren. Geräte, Produkte und andere Unternehmenswerte in der Fertigung und in sicheren Gerätekäfigen können aus Sicherheitsgründen auch kontinuierlich mit Kamera-Videostreaming überwacht werden.

„Es reicht nicht aus, die Offline-Analyse durchzuführen, denn das Ziel besteht darin, ein nachgelagertes Problem weit im Voraus zu bestimmen, was eine Echtzeitüberwachung von Ereignisinformationen für kritische Komponenten erfordert“, sagte Evan Guarnaccia, ein SAS-Lösungsarchitekt bei SAS, „ Es könnte ein kleiner Elektromotor sein, der bei einem Problem einen größeren Ausfall auf der ganzen Linie auslöst, oder es könnte sich um ein sehr teures Bauteil handeln.“

Proaktives IIoT mit Videostreaming

Frühes IIoT war auf Sensoren, Robotik und Automatisierung aufgebaut. Diese IIoT-Technologien werden weiterhin eine entscheidende Rolle spielen, da immer mehr in dezentralen Fabriken hergestellt wird.

Auf der ganzen Linie können wir mehr Videostreaming erwarten, das es Vorgesetzten und Managern ermöglicht, Praktiken in Werken zu beobachten, in denen sie physisch nicht anwesend sein können, und proaktiv auf das zu reagieren, was sie sehen.

In der Vergangenheit erlebten Fertigungsingenieure Herausforderungen, wenn sie versuchten, über ein Produktdesign miteinander zu kommunizieren. Heutzutage kann ein Fertigungsingenieur einen Videostream an einen Konstrukteur senden, der möglicherweise eine halbe Welt entfernt ist. Auf praktische Weise kann ein Fertigungsingenieur dem Konstrukteur in Echtzeit eine Produktkomplikation demonstrieren.

Dies ermöglicht zeitnahere und effektivere Produktüberarbeitungen – und erhöht die Leistungsfähigkeit des digitalen Zwillings, der Ingenieuren sowohl auf der Konstruktions- als auch auf der Fertigungsseite der Disziplin eine virtuelle Tour durch das Produkt vor einem einzelnen Chip, Bolzen, Motor oder Benutzer ermöglicht Schnittstelle ist installiert.